JP2009537366A - 抽気エア供給システムを過加熱から保護するための配線構成、およびこの配線構成を組み込んだ抽気エア供給システム - Google Patents

Abstract

本発明は、航空機の抽気エア供給システム（１０）を過熱から保護するための配線構成（５０）に関し、このような抽気エア供給システム（１０）は抽気エア供給源（１２）、抽気エア送給管（１４）、抽気エア送給管（１４）に配置した遮断バルブ（１６）、および監視制御装置（３９）付き漏洩監視装置（３８）を有し、この監視制御装置は、遮断回路（１８）が中断するとき遮断バルブ（１６）を閉じるように、遮断回路（１８）を介して遮断バルブ（１６）に接続し、配線構成（５０）は熱スイッチ（５２）を有し、この熱スイッチは、遮断バルブ（１６）および監視制御装置（３９）と直列に接続して遮断回路（１８）に接続し、また所定の限界温度（Ｔ_Ｇ）を超えるとすぐに遮断回路（１８）を中断するよう構成する。

Description

本発明は、抽気エア供給システムを過加熱から保護するための配線構成であって、この抽気エア供給システムは、抽気エア供給源、抽気エア送給管、抽気エア送給管と抽気エア供給源との間に配置した遮断バルブ、制御装置付きの漏洩監視装置を有し、制御装置は、遮断回路を介して遮断バルブに接続することで、遮断回路の中断により遮断バルブを閉鎖することを可能とするものとした、該配線構成に関するものである。

今日の航空機には、一般的に、温和でありかつ加圧したエアを供給すべき、数多くのデバイスがある。これらのなかで、最も重要なエア消費装置の一つとしては、民間航空機における空調システムがある。民間航空機は、飛行高度が高く、このような飛行高度における外気圧および外気温がともに低いため、航空機の内部環境を人工的に、乗客が容認できるものにする必要がある。高温な空気をこのようなエア消費装置に供給できるように、抽気エア（bleed air）と称される圧縮空気の一部を、一般的に航空機エンジンの所定部分から抽気する。

このエアは、しばしば、エンジンの圧縮段の一つから導出し、したがって高圧（約５０ＰＳＩにも達し、約３．５ｂａｒに相当する）であり、また、約４００℃にも達する高温である。この抽気エアは、エンジンから航空機のデバイスに搬送しなければならず、通常は配管システムを経由して行う。

普通、エンジンからのエアは、エア消費デバイスへの供給前に、温度制御システム（ＥＢＡＳ=”Engine Bleed Air System”）によって、約２００〜２６０℃まで冷却されることが望ましい。これは、例えば熱交換器内において、航空機の周辺環境から来る極めて低温であるエアとの相互作用等によって達成できる。ＥＢＡＳは、一般的に、冷却した空気の温度を記録し、これを要求に応じて制御する電子的温度制御システムを有する。このようなエアは、この後、主にチタン合金から成るパイプを経由してエア消費装置に搬送することができる。

この配管システムに損傷部分があると、高圧で極めて高温な抽気エアが、そこから漏洩し、配管システム周辺に影響を及ぼし得る。これに伴う加熱によって、高温の熱エアに接触する航空機のコンポーネントがダメージを受ける可能性がある。

この場合、特に、配管システムに近接する、給電ライン、燃料ライン、液圧ラインまたは他の繊細な部分が、ダメージによる悪影響を受ける可能性がある。例えば、機体のベアリング部品等もダメージを受けることがある。このようなダメージは、時に深刻に航空機の安全性を損ね、乗客および添乗員の安全に、最悪の場合は航空機の墜落も考えられるような、重大な結果を引き起こし得る。

このような理由により、今日では、航空機内の全配管システムに破壊を検出するセンサが取り付けられており、これらは漏洩監視システムによって評価され、該監視システムは、ＯＨＤＳ（”OverHeat Detection System”）という名称でも知られている。これらのセンサは、通常、表面センサであり、コアと被覆との間に温度依存性の電気抵抗を有する充填剤を含む太さ数ミリメートルの円筒状の導線から成る。製造過程における一定限度内で設定可能な特定の応答温度以下において、かかる抵抗は非常に優れている。しかし一方で、この応答温度を超えると、抵抗値は急速に、桁違いに減少する。このような抵抗値の変化を、監視装置によって容易に電子的に検出することができる。

高温の熱エアが、配管システムから漏洩孔を通ってこのようなシステム内に流出する場合、これは周辺センサを、これらが応答温度に達して抵抗値の変化から監視装置が漏洩を検出するまで加熱する。監視システム（ＯＨＤＳ）における付加的な電子機器により、その後、指定の遮断バルブを閉じることによって関連セクションへのエア供給を停止させ、この遮断バルブへの電力供給停止による非付勢状態において閉じる。

温度制御システムＥＢＡＳおよび漏洩監視システムＯＨＤＳは、一般的に共通コンピュータＢＭＣ（”Bleed Monitoring Computer”）内の同一ハードウェアによって実現される。

特許文献１（欧州特許第１７５６９８号）は、制御装置付き漏洩監視装置を備えた抽気エア供給システムにおいて、抽気エアの流れを停止させるためにバルブに接続した抽気エア供給システムを記載している。

特許文献２（ドイツ国特許出願公開第１０２００４０３９６６７号）では、エア供給装置において、温度センサからの信号に基づいて制御可能なバルブを通して、エア供給を密封できるエア供給装置が記載されている。

上記の従来技術によるシステムでは、温度制御システムが故障した場合、配管システム内のエアの温度が、冷却されていない抽気エアの温度、すなわち約４００℃まで上昇し得る。ＥＢＡＳの下流に位置する配管システムは、そのような高温エアを想定して設計されておらず、とりわけ、それぞれのパイプを結合するパイプシールがこうした高温の熱エアに晒される場合、これらは強力に侵され、変性する可能性がある。高温の熱エア流出を伴う漏洩は、このようにして生じるのである。

これに加えて、監視コンピュータＢＭＣ内でもシステムの故障が発生した場合、漏洩監視装置がこれによる影響を受けるのであり、該漏洩監視装置は、それ自体が温度制御システムとは独立であり、このような事態（ＥＢＡＳの故障およびＢＭＣ内での故障）に際して、抽気エア流の自動停止をしなくなり、飛行安全性にとっての深刻な結果をもたらす恐れがある。

高度な安全基準（Development Assurance Level, ＤＡＬ）が抽気エア供給システムに指定される点において、起こりうる深刻な結果は、開発過程において考慮しておかなければならない。これは、非常にコストの大きい開発プロセスに導く。

欧州特許第１７５６９８号明細書 ドイツ国特許出願公開第１０２００４０３９６６７号明細書

本発明の目的は、従来技術における前述の問題点を改善することである。

冒頭に記載した既知の配線構成に由来するものであり、この目的は、熱スイッチを有する配線構成である、本発明によって達成され、この熱スイッチは、遮断バルブおよび監視制御装置と直列にして遮断回路に接続し、所定の限界温度を超過するとすぐに回路を中断する。

本発明によれば、したがって、監視制御装置（例、ＯＨＤＳ）とは独立して、高温の抽気エア供給遮断を実行可能な実体として導入される。もし漏洩監視装置に故障が発生した場合でも、本発明による配線構成は、高温の熱エア供給の中断を行う。これは、航空機、乗客および乗組員にとっての飛行安全性の向上を伴い、さらに複雑かつ高額なソフトウェアの代替的使用により増加する開発費を抑えることができる。

さらにまた、抽気エア送給管内での温度上昇が迅速に検出されるため、故障が起きた際、コンポーネントは好ましくない高温および高圧に晒されない、または晒されたとしても短時間である。漏洩監視装置が完璧に機能している場合においても、本発明による配線構成の使用により、抽気エア送給管内で漏洩が発生する前に、温度上昇に反応できる。航空機のコンポーネントは、これによって保護され、脆弱化の兆候を知らせる。

本発明による配線構成は、技術的に簡単に実施でき、また、これを理由として高額ではない。加えてまた、すでに設置されているシステム内に容易に組み込むことができる。

熱スイッチは、抽気エア送給管に熱伝導的に接触させると、より好適である。特に、熱スイッチが、抽気エア送給管の送給パイプに熱伝導的に接触していると、一層好ましい。空気の温度を監視する伝達および補助システムといったような、故障の影響を受けやすく、測定の正確性および迅速性を損ねやすいシステムを、これによって排除することができる。

本発明の一実施形態によれば、熱スイッチは機械スイッチとすることができる。このような構造は、特に確実性があって故障による影響を受けにくく、さらに、取付けが高価にならない。必要性および使用環境に応じて、熱スイッチは、例えば熱電子スイッチのような非機械スイッチで形成することもできる。

上記限界温度を３００℃に設定することが、好適である場合がある。この数値は、約２００〜２６０℃の抽気エア送給管内における冷却した空気の代表的な温度より高くなっており、これは、故障によって抽気エア送給管内のエアが高熱になり過ぎて、抽気エア送給管の一部を耐久温度以上に加熱してしまう前に、熱スイッチが反応できるようにするためである。しかし、言うまでも無く、限界温度は、それぞれの使用環境に基づいて調整することができ、また、そうすべきである。

本発明によるもうひとつの実施形態においては、抽気エア供給システムは、温度制御装置付きの冷エア供給システムを有し得る。これによって抽気エア供給源からの抽気エアを、抽気エア送給管内に送る前に、ＥＢＡＳのような温度制御装置によって制御された温度とすることができる。これによって空気を、消費システムが要求し、抽気エア送給管に規格されるような作動用温度で、抽気エア送給管を通して作動させることができる。

また、抽気エア供給源および冷エア供給システムを、熱交換器を介して互いに熱的接続させることも可能であり、該熱交換器はさらに、抽気エア送給管とも接触させる。熱スイッチは、抽気エア送給管に直接、熱交換機に続いて配置すると、より好適である。このような配置により、熱スイッチは、未検出の過加熱エアが抽気エア送給管内を長距離にわたって巡り、かかる通路に損傷を与える前の潜在的な温度上昇を、検出することができる。

本発明のもう一つの好適な実施形態によれば、熱スイッチは、２段階の切替えレベルを有するダブルスイッチとする。熱エアの温度変動がある場合に熱スイッチのイッチオフ切替とスイッチ再投入切替を自動的に繰り返すのを防止することができる。

この場合、第１切替えレベルは上述のように作動するように設ける。第２切替えレベルは、さらに、臨界温度未満で接地接続するように設計すると有利である。この第２切替えレベルは、臨界温度以上では接地接続しないようにして、形成すると好適である。こうすることによって、例えば、他のシステムとの選択的な接続による追加処理のための切替え信号などを、発信することが可能である。

臨界温度は、切替え信号の発信とエア供給の停止を同時に行うことができるように、限界温度に対応するよう決定することができる。

また、限界温度および臨界温度は、異なる値とすることができる。こうすることで、例えば、熱スイッチが遮断回路を中断する前に切替え信号を発生させるよう、臨界温度を、熱スイッチの限界温度未満にすることが可能となる。

さらなる実施例として、第２切替えレベルは、故障信号ランプ（FAULT LAMP）に接続し、ランプ点灯用の切替え信号として使用可能である。代替的に、第２切替えレベルは、例えば、発信切替え信号評価用の、飛行警告システム（ＦＷＳ）などのような、その他のシステムと接続可能である。ＦＷＳは、過加熱エア供給を確実に遮断するため、この評価に基づいて、常に遮断回路の中断手順を開始することが可能である。

本発明はさらに、上述のような配線構成を有する抽気エア供給システムに関するものである。
以下に、本発明の実施形態を図面につき詳細に説明する。

従来技術による抽気エア供給システムを示す説明図である。 本発明による配線構成を有する抽気エア供給システムを示す説明図である。

図１は従来技術による抽気エア供給システム１０を示す。これは、エンジン１３から熱い空気（熱エア）を抽気（ブリード）して抽気エア送給管１４に接続する、抽気エア供給源１２を含む。抽気エア供給源１２と抽気エア送給管１４との間には、遮断回路１８によって作動する遮断バルブ１６を配置する。遮断回路１８が中断すると、遮断バルブ１６が閉じ、抽気エア供給源１２からのエア供給を中断する。抽気エア送給管１４は、航空機内のエア消費デバイス（図示せず）に熱エアを供給する。

冷気供給システム２０は、航空機環境からの冷たい空気（冷エア）を、冷却入口２２を経て熱交換器２４に供給する。冷エア供給システム２０は、例えばエンジン１３のエア流入口に接続することができる。熱交換器２４は抽気エア供給源１２にも連結する。

冷エア供給システム２０は、冷エア送給管２８と、ＥＢＡＳとも称される温度制御装置３２によって制御されるように構成した調節バルブ３０とを含む。温度制御装置３２は、抽気エア送給管１４内に配置した少なくとも１個の温度センサ３４に接続し、この温度センサが発生する信号を評価する。抽気エア送給管１４の周囲には、ＯＨＤＳセンサとも称される過熱センサ３６を配置し、制御装置３９を有するＯＨＤＳタイプの漏出監視装置３８に接続する。この監視制御装置３９を、遮断回路１８を介して遮断バルブ１６に接続する。

抽気エア送給管１４は、本明細書に全体を示していない、複数のパイプを有する配管システムを構成することができる点に留意されたい。抽気エア送給管１４は、内部を通過する熱エアを、本明細書にやはり示していない、例えば航空機の空調システムのようなエア消費システムに、導入するよう設計する。

熱交換器２４内で、抽気エア供給源１２からの約４００℃の高熱エンジンエアを、冷エア供給システム２０によって供給される冷エアで冷却される。温度センサ３４に基づいて、温度制御装置３２は、制御バルブ３０によって冷エアの量および、熱交換器２４内の抽気エアの冷却度合いを制御する。加熱された冷エアは、熱交換器２４から冷エア排出管４０を経て導出させることができる。また他方、代表的には約２００〜２６０℃の温度に冷却された熱エアを、抽気エア送給管１４に供給する。

温度制御装置３２および制御装置３９は、ＢＭＣとも称される監視コンピュータ内で統合的に実現する。互いに独立のシステムを、温度制御および漏出監視にそれぞれ割り当てる。
もし、このようなシステムにおける温度制御に不具合が生じた場合、例えば、冷エアの供給動作が完全に停止する場合、抽気エア供給源１２からの十分冷却されていないエアが抽気エア送給管１４内に流入する。抽気エア送給管１４は、冷エア供給が完全停止した場合に生じるような、４００℃のエア温度用に設計されていない。このことにより、漏出が、抽気エア送給管１４に生ずる。

発生した漏洩孔Ａからは熱エアが流出し、この漏洩孔Ａの近傍に位置する１個または複数個の過熱センサ３６は、流出した熱エアにより、所定の限界温度Ｔ_ＯＨＤを超えるまで加熱される。この超過時点で、センサ信号が監視制御装置３９に送られ、この監視制御装置３９が遮断回路１８を中断し、遮断バルブ１６を閉じて抽気エア供給源１２からの熱エアの供給を中断する。

もし、温度制御システムに加えて、監視装置３８または監視装置３８に接続した過熱センサ３６が、例えば、双方のシステムに影響を与える障害がＢＭＣ監視コンピュータ４２に発生する場合、漏出は相当長い期間にわたり発見されないままになり、流出する熱エアが航空機の周辺機器にダメージを与える可能性がある。このようにして、とくに給電、液圧または燃料等のラインが影響を受けたり、ダメージが航空機の機体に及んだりする可能性がある。極端な場合、このようなダメージは、航空機を墜落させる重篤な危険性を与えかねない。

図２は、図１に類似するシステムを示すが、付加的に、本発明による配線構成５０を設けた抽気エアシステムを示す。同一要素には、図２に示す本発明の実施例において、同一参照符号を付与して示す。

配線構成５０は、遮断回路１８内で、遮断バルブ１６と監視制御装置３９との間に接続した熱スイッチ５２を有する。この熱スイッチ５２は、抽気エア送給管１４を通過する熱エアとの実質的な直接接触生ずるように、抽気エア送給管１４の表面に熱伝導接触させる。図２から明らかなように、熱スイッチ５２は、熱交換器２４の直ぐ下流域で、抽気エア送給管１４内に配置する。この実施例における熱スイッチ５２は、限界温度Ｔ_Ｇ を超えるとき、遮断回路を中断し、これにより遮断バルブを閉じるよう、構成する。限界温度Ｔ_Ｇ は、この場合、３００℃に設定する。

ここで、温度制御システムに故障が発生し、熱交換器２４内で抽気エア供給源１２から来る熱エアを十分に冷却することができなくなった場合、図１につき示すように、抽気エア送給管１４内のエア温度が上昇する。しかし、熱エアの温度が熱スイッチ５２の限界温度Ｔ_Ｇを超えると、即座に熱スイッチ５２が、遮断回路１８を中断して遮断バルブ１６を閉じる。これによって、熱エアが抽気エア送給管１４に漏洩孔を生ずる前に、抽気エア供給源１２からのエア供給が中断する。

それでも尚、例えば、熱スイッチ５２が誤作動を起こすことによって、万が一、抽気エア送給管に漏洩孔が発生する場合、上述した漏出監視システムがエア供給を中断させる。

抽気エア供給システムにおける過加熱防止のための独立体を構成するものとして記載した配線構成によって、シンプルな選択肢が生じる。この構成の特別な利点は、航空機における既存の抽気エア供給システムに、なんら多額費用をかけることなく設置できるという点にある。

当業者は、上述した本発明の実施形態を、添付の特許請求の範囲内において、とくに、抽気エア供給システムの詳細設計に適切に適合させるために、容易に変更および改変することができる。

Claims (14)

1. 航空機の抽気エア供給システム（１０）を過加熱から保護するための配線構成（５０）であって、前記抽気エア供給システム（１０）は、抽気エア供給源（１２）、抽気エア送給管（１４）、抽気エア送給管（１４）に配置した遮断バルブ（１６）、および監視制御装置（３９）付き漏洩監視装置（３８）を具え、前記監視制御装置は、遮断回路（１８）が中断するとき遮断バルブ（１６）も閉じるように、遮断回路（１８）を介して遮断バルブ（１６）に接続する構成とした、該配線構成において、この配線構成（５０）は、熱スイッチ（５２）を有し、この熱スイッチを、前記遮断バルブおよび前記監視制御装置（３９）に直列にして遮断回路（１８）に接続し、所定の限界温度（Ｔ_Ｇ）を超えると即座に遮断回路（１８）を中断するスイッチとしたことを、特徴とする配線構成。
2. 請求項１に記載の配線構成において、前記熱スイッチ（５２）を、前記抽気エア送給管（１４）に熱伝導的に接触させたことを特徴とする配線構成。
3. 請求項１または２に記載の配線構成において、前記抽気（１４）は、さらに、少なくとも１個のパイプを有し、また、前記熱スイッチ（５２）は、少なくとも１個の前記パイプ表面に熱伝導的に接触させたことを特徴とする配線構成。
4. 請求項１、２または３に記載の配線構成において、前記熱スイッチ（５２）を、機械的スイッチとしたことを特徴とする配線構成。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の配線構成において、前記所定の限界温度（Ｔ_Ｇ）を、約３００℃としたことを特徴とする配線構成。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の配線構成において、さらに、前記抽気エア供給システム（１０）は、抽気エア供給源（１２）からのエアの冷却用に、温度制御装置（３２）付き冷エア供給システム（２０）を備えたことを特徴とする配線構成。
7. 請求項６に記載の配線構成において、前記抽気エア供給源（１２）および前記冷エア供給システム（２０）を、熱交換器（２４）を介して、互いに熱的に接続し、抽気エア送給管（１４）もまた前記熱交換器（２４）に接続し、さらに前記熱スイッチ（５２）を、抽気エア送給管（１４）における、前記熱交換器（２４）の直ぐ下流域に配置したことを特徴とする配線構成。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の配線構成において、前記熱スイッチ（５２）は、２つの切替えレベルを備えるダブルスイッチとして設計したことを特徴とする配線構成。
9. 請求項８に記載の配線構成において、ダブルスイッチとして設計した前記熱スイッチ（５２）における第２切替えレベルを、臨界温度未満で接地接続するようにしたことを特徴とする配線構成。
10. 請求項８または９に記載の配線構成において、ダブルスイッチとして設計した前記熱スイッチ（５２）における第２切替えレベルが、臨界温度以上で接地接続しないことを特徴とする配線処理。
11. 請求項９または１０に記載の配線構成において、前記臨界温度を３００℃としたことを特徴とする配線構成。
12. 請求項８〜１１のいずれか一項に記載の配線構成において、ダブルスイッチとして設計した前記熱スイッチ（５２）における第２切替えレベルを、故障信号ランプに接続したことを特徴とする配線構成。
13. 請求項８〜１１のいずれか一項に記載の配線構成において、ダブルスイッチとして設計した前記熱スイッチ（５２）の第２切替えレベルを、フライト警報システムまたはＦＷＳに接続したことを特徴とする配線構成。
14. 抽気エア供給システム（１０）において、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の配線構成（５０）を有したことを特徴とする抽気エア供給システム。

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